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ペブル降着モデルに基づいた連星系における惑星形成理論の確立

Research Project

Project/Area Number 20J20681
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

桑原 歩  東京工業大学, 理学院, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2020-04-24 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords原始惑星系円盤 / ダスト / 惑星形成 / 流体計算 / ペブル集積 / ペブル降着 / 連星系
Outline of Research at the Start

複数の恒星同士が互いに重力的に束縛された状態で軌道運動を行う連星系は、宇宙に数多く存在する。近年、連星系でも惑星の発見が相次いでおり、片方の星の周りを回る惑星(S 型惑星)の存在も確認されている。これらの惑星の形成過程を明らかにするべく、本研究では、まず連星を取り囲むように存在する、ガスとダストからなる円盤から、各星周りに存在する円盤(星周円盤)へのガス・ダスト輸送機構を明らかにする。その後、星周円盤内におけるダストの成長、及び成長したダストの原始惑星への降着過程(ペブル降着)を調べ、新たなS 型惑星形成シナリオを確立する。

Outline of Annual Research Achievements

特別研究員の採用3年目では、原始惑星系円盤内(以下、円盤)に埋もれた成長途中の惑星が周囲のガスとダストに及ぼす影響に着目した研究を行った。近年の円盤観測から、円盤内のダストの空間分布にリング・ギャップ構造と呼ばれる構造が多数見つかっている。この構造の起源として円盤内に存在する惑星の影響が議論されている。
今年度は、最新の高解像度3次元流体計算から明らかになった惑星周りのガスの流れ場に着目し、ガス流れ場が小さなダストの運動を変化させることによってダストのリング・ギャップ構造が形成されることを数値的に解明した。ダストのリング・ギャップ構造形成に関する従来研究の多くが木星質量程度の大質量惑星を想定する一方、我々が行った研究は地球質量程度の小質量惑星でもリング・ギャップ構造形成が可能であることを示した点で新しく、研究成果をまとめた論文は国際誌に掲載済である。また、複数の学会発表も行った。
さらに、本年度の後半には数値計算結果と整合的な解析モデルの構築にも取り組んだ。3次元流体計算は計算コストがかかるため、幅広いパラメータに対して研究を行うことは困難である。我々は流体計算結果の詳細な解析を行い、惑星周りのガス流れ場の物理的・幾何学的性質を明らかにすることで、流体計算結果と整合的な解析式の導出に成功した。得られた解析式を用いることで、惑星が駆動するガス流れ場、及びガス流れ場の影響下でのダストの運動をモデル化することが可能になると期待される。将来的には円盤観測結果とのより定量的な比較も行えるようになり、円盤内で進行する惑星形成過程のさらなる理解に繋がるだろう。これらの研究成果に基づき複数の学会発表を行っており、研究成果をまとめた論文は近々国際誌に投稿予定である。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Gas flow induced by protoplanets: Influences on pebble accretion2022

    • Author(s)
      桑原 歩
    • Journal Title

      Planetary People - The Japanese Society for Planetary Sciences

      Volume: 31 Issue: 3 Pages: 203-219

    • DOI

      10.14909/yuseijin.31.3_203

    • ISSN
      0918-273X, 2423-897X
    • Year and Date
      2022-09-25
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Gas flow induced by protoplanets: The three-dimensional morphology and the nature of the flow field2022

    • Author(s)
      桑原 歩
    • Journal Title

      Planetary People - The Japanese Society for Planetary Sciences

      Volume: 31 Issue: 3 Pages: 188-202

    • DOI

      10.14909/yuseijin.31.3_188

    • ISSN
      0918-273X, 2423-897X
    • Year and Date
      2022-09-25
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dust ring and gap formation by gas flow induced by low-mass planets embedded in protoplanetary disks2022

    • Author(s)
      Kuwahara Ayumu、Kurokawa Hiroyuki、Tanigawa Takayuki、Ida Shigeru
    • Journal Title

      Astronomy and Astrophysics

      Volume: 665 Pages: A122-A122

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202243849

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Influences of protoplanet-induced three-dimensional gas flow on pebble accretion2020

    • Author(s)
      Kuwahara Ayumu、Kurokawa Hiroyuki
    • Journal Title

      Astronomy & Astrophysics

      Volume: 643 Pages: A21-A21

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202039153

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 惑星が原始惑星系円盤動径方向に駆動するガス流:惑星質量及びガスの向かい風速度依存性2023

    • Author(s)
      桑原 歩, 黒川 宏之
    • Organizer
      日本天文学会2023年春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 原始惑星が駆動するガス流れ場とダストの運動:円盤面密度分布と惑星形成への影響2022

    • Author(s)
      桑原 歩, 黒川 宏之, 谷川 享行, 奥住 聡, 井田 茂
    • Organizer
      日本惑星科学会2022年秋季講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 原始惑星に駆動されたガス流中のペブル集積で形成される自転2022

    • Author(s)
      高岡航輔, 桑原 歩, 井田 茂
    • Organizer
      日本天文学会2022年秋季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Dust ring and gap formation by gas flow induced by low-mass planets embedded in a protoplanetary disk2022

    • Author(s)
      桑原 歩, 黒川 宏之, 谷川 享行, 井田 茂
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合2022年大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 小質量惑星が駆動するガス流:原始惑星系円盤内におけるダスト構造形成への示唆2022

    • Author(s)
      桑原 歩, 黒川 宏之, 谷川 享行, 井田 茂
    • Organizer
      惑星形成討論会 2022年春 (東北大学)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 原始惑星が駆動するガス流が粒子の動径移動に及ぼす影響: 原始惑星系円盤のリング・ギャップ構造への示唆2021

    • Author(s)
      桑原 歩, 黒川 宏之
    • Organizer
      日本惑星科学会 2021年秋季講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Influence of protoplanet-induced gas flow on pebble accretion: Implications for the dichotomy between inner super-Earths and outer gas giants2020

    • Author(s)
      Kuwahara Ayumu、Kurokawa Hiroyuki
    • Organizer
      JpGU-AGU Joint Meeting 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 原始惑星系円盤内に埋没した原始惑星周りの3次元ガス流構造:その形態とペブル降着への影響2020

    • Author(s)
      桑原 歩, 黒川 宏之
    • Organizer
      日本惑星科学会 2020年秋季講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-07-07   Modified: 2024-03-26  

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